GoF의 디자인 패턴, 원형 패턴에 대해 알아본다.

해당 글은, 다음의 코드를 기반으로 이해하는 것이 편리합니다.

핵심 요약

• 원형이 되는(prototypical) 인스턴스를 사용하여 생성할 객체의 종류를 명시하고, 이를 복사해서 새로운 객체를 생성하는 패턴
  • 즉, 실행중에 생성된 객체로 다른 객체를 생성하는 패턴
  • 생성된 객체 내부에 copy() 메서드를 통해 생성
• Prototype으로 만든 객체의 상태를 변경해도 원본 객체의 상태는 변경되지 않음
  • Deep copy
• 새로운 클래스를 추가하지 않고도 새로운 특징을 가지는 객체를 만들어낼 수 있는 경우 용이하게 사용가능
  • Rectangle == Group(line 4, point 4)
  • Triangle == Group(line 3, point 3)
  • 이미 만들어진 line, point 객체를 copy하여 group에 넣어 표현 가능
  • 만약 팩토리 방식을 사용한다면 이 모든 것을 정의해두고 만들어야 함, 즉, 서브클래스 개수가 많아짐
  • 즉, 유연성을 보장하는 패턴중 하나임
• Composite, Decorator 패턴을 매우 많이 사용한 무거운 설계인 경우 Prototype을 적용하여 더 좋게 만들 수 있다.
• 객체 초기화 비용이 아주 비쌀 경우 overhead를 줄여준다.
  • DB에서 값을 읽어와서 초기화해야 하는데 항상 같은 값이 보장되는 경우 인스턴스를 즉시 복사하여 객체를 만들어 냄
• 같은 타입의 여러 객체가 거의 유사한 데이터를 가지고 있는 사용 경우를 최적화
  • 코드양이 줄어들 것임

예시

• Prototype: 객체로부터 새로운 객체를 생성하게 하기 위한 interface
• Shape: Point, Line, Group의 상위 interface
• Group: Shape을 여러개 포함하고 있으며, 이를 기반으로 모양을 만듦
  • *: 0~개의 값을 가질 수 있음을 의미
  • 사각형 도형을 Group을 통해 만드는 것을 보여줄 예정
  • 구체적인 사각형 클래스가 없음에도 기존의 point, line 객체를 조합해서 생성할 것
• 코드
  • Class > Pattern 폴더 안에 있는 내용을 위와 같이 구현함

활용성

• 제품의 생성, 복합, 표현 방법에 독립적인 제품을 만들고자 할 때 사용
• 인스턴스화할 클래스를 런타임에 지정할 때
• 제품 클래스 계통과 병렬적으로 만드는 팩토리 클래스를 피하고 싶을 때
  • 팩토리 메서드 패턴을 사용해서 처리하고 싶지 않을 때
  • 병렬적 구성으로 하면 클래스가 너무 많이 생김
• 클래스의 인스턴스 들이 서로 다른 상태 조합중에 어느 하나일 때
  • 위의 예시에서 Rect은 line 4개의 Group으로 치환할 수 있음

참여자

• Prototype(Prototype)
• ConcretePrototype(Point, Line, Group)
• Client(main 함수)

협력 방법

• client는 prototype에 clone() 메서드를 호출한다.

결과

장점

1. 런타임에 새로운 product를 추가하고 삭제할 수 있다. == 유연하다.
   • 런타임에 clone() 호출하여 장난치기
2. 값들을 다양화하여 새로운 객체를 만든다. == 동적 성격을 띈다.
   • Point clone후 값 변경
3. 구조를 다양화함으로써 새로운 객체를 만든다.
   • line을 Group에 추가하여 모든 종류의 다각형 생성 가능
4. 서브 클래스의 수를 줄인다.
   • 팩토리 메서드 패턴을 사용했다면 생성할 모든 종류의 다각형에 대해 타입 명시해야함

단점

1. clone() 메서드를 구현해야 한다.
   • 이미 잘 만들어져있는 클래스에 이를 추가적으로 구현하기 어려울 수 있다.
   • 죄다 복사해서 리턴해야하기 때문이다.

관련 패턴과 차이점

• 추상 팩토리 패턴은 경쟁적인 관계에 놓여있다.
• 하지만 함께 사용될 수도 있다.
• 추상 팩토리 패턴에서 원형 집합을 저장하고 있다가 필요한 시점에 복제하여 원하는 제품을 만들어서 반환할 수도 있기 때문이다.
• 복합체 패턴, 장식자 패턴을 많이 사용해야 하는 설꼐에서 원형 패턴을 사용하면 유용할 수 있다.

생각해 볼 점

• 사실 이 Prototype 패턴은, 실질적으로 만들어서 사용할 일이 적다.
• 그 이유는, 이미 대부분의 언어에서 이와 같은 방식을 채택해놓은 것이 많기 때문

NSCopying

• Swift에서는 위의 Prototype 패턴이 어디에서 사용되었을까?
• NSCopying이다.
• 코드에서 Class > NSCopying 내부에 구현해두었다.
• 살펴보면, 코드는 바꾼게 거의 없다.
• 즉, 이미 Prototype 패턴이 적용된 것
• 그리고 가장 처음으로 구현한 것에서는 NSObject를 상속받은 상태에서 시작했는데,
• 그렇게되면 이미 NSCopying을 채택한 상태에서 시작하기 때문에 사실 맨처음 구현은 중복 구현이다.

Struct

• 이보다 좋은 방식은 struct를 사용하는 것이다.
• 사실 위와 같이 Prototype 패턴이 사용된 이유는, Class를 기본적으로 사용했기 때문이라 생각한다.
• struct의 경우 copy 메서드를 사용할 필요도 없이 복사되는 것이 기본이다.
  • 할당
  • 반환
  • 인자
• 다만 무분별하게 항상 복사된다면 이는 분명한 메모리 낭비이다.
• 그렇기 때문에 나온 개념이 copyOnWrite.
• 실제로 변화가 발생한 시점에 복사를 수행함으로써 메모리를 최대한 아낀다.

Reference

• GoF의 디자인 패턴 - 재사용성을 지닌 객체지향 소프트웨어의 핵심요소
• GoF의 Design Pattern - 17. Prototype
• DesignPattern-05-Prototype
• 프로토타입 패턴